SkyForge (天锻)

SkyForge — AI 驱动的航空机载软件工程平台，面向 DO-178C 开发活动提供需求、代码、验证与追溯辅助证据；不宣称工具本身已完成适航鉴定。 AI-Powered Aviation Software Development Platform for DO-178C Compliance.

多语言支持: C / C++ / Python | 安全标准: DO-178C Level A | 编码规范: MISRA-C / MISRA C++ / JSF AV C++ / 军工Python指南

📊 当前可复现状态 (2026-08-07)

指标	数值	说明
后端测试	281 passed (5 warnings)	`uv run pytest src/skyforge_engine/tests/ -q`
全仓库测试	461+ passed	含前端 180 passed (15 test files)
Pipeline Stage	12/12 全部完成	零崩溃，含修复闭环+退步检测
MISRA 修复规则	130 条规则	通用修复器 + 配置表（重构后减少 1934 行）
代码总量	~35,000 行	Python + TypeScript/Vue
跨平台	Windows / macOS / Linux	全平台适配完成
LLM 支持	DeepSeek V4 Flash (API) + Mock 模式	双模式切换

DAL-A 未完全达标项（如实说明）

目标	状态	原因
OBJ-2 契约验证	部分满足	契约语义与生成代码不完全匹配（需真实 LLM）
OBJ-10 独立性	部分满足	缺少真实人工审查（HITL 禁用，无硬件平台）
OBJ-12 契约违约	部分满足	与 OBJ-2 联动
OBJ-17 独立验证	部分满足	缺少独立人工/CI 审查（HITL 禁用）
OBJ-20 数据耦合	部分满足	2 个 static 全局变量产生 2 个警告
OBJ-21 控制耦合	部分满足	init/apply 无调用方（单模块天然孤立）

🏗️ 架构概览

SkyForge 采用六层引擎架构(Layer 0-5),自底向上逐层增强,每一层职责清晰,可独立部署与替换。

┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Layer 5: Orchestration (编排层)                                  │  ← Pipeline 全流程调度
│  - PipelineOrchestrator: 串行/并行组/失败策略/产物传递           │
│  - 12 个 Stage: 需求解析→LLR→架构→契约→代码→修复→验证→仿真→报告 │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Layer 4: Agent Strategy (Agent 策略层)                           │  ← 多 Agent 协同
│  - 8+ Agent: 需求解析/LLR生成/架构设计/契约生成/代码生成/修复     │
│  - MISRA 适配 / Python 适配 / 多语言代码生成                      │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Layer 3: Verifier Chain (验证工具链层)                            │  ← 形式化与静态分析
│  - Z3 / CBMC / Cppcheck / GCC / Contract Checker 可插拔链        │
│  - VerifierChain: 多验证器编排与结果聚合                          │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Layer 2: Simulation & Verification (仿真验证层 SIL/PIL/HIL)      │  ← 仿真验证全覆盖
│  - SIL: VirtualSensor / VirtualMCU / FaultInjector / 仿真引擎     │
│  - PIL: QEMU 处理器仿真（STM32F103/F407）                        │
│  - HIL: 串口 UART / JTAG-SWD / ARINC 653 分区调度                 │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Layer 1: LLM Client (LLM 客户端层)                               │  ← LLM 适配与路由
│  - 离线模式 / 云 API / 本地 OpenAI 兼容客户端                      │
│  - 多供应商路由 / 缓存 / 安全审计 / 输入输出清洗                  │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Layer 0: Protocols (基础设施协议层)                               │  ← 协议/抽象基类/模式守卫
│  - Protocol 抽象基类 / 数据模式 / 类型守卫                        │
│  - 跨层依赖反转: Provider 注入模式                                │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────┘

详见架构详解 | 插件开发

🚀 快速开始(3 步走)

方式一：一键部署（推荐）

# macOS / Linux / Windows Git Bash
sh start.sh

方式二：手动部署

# 第 1 步:安装依赖(推荐 uv,也可用 pip)
cd SkyForge
uv sync                          # 使用 uv workspace(推荐)
# 或
pip install -e ".[dev]"

# 第 2 步:启动后端 + 前端(一键启动)
make dev                         # 启动 FastAPI (8000) + Vite (5173)
# 若无 make 环境,Linux/Mac 可直接: bash start.sh

# 第 3 步:浏览器访问
# 前端 UI:         http://localhost:5173
# API 文档(Swagger): http://localhost:8000/docs

macOS 特别说明

# 1. 安装 Homebrew (如未安装)
/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

# 2. 安装 uv (Python 包管理器)
brew install uv

# 3. 安装 Node.js 18+
brew install node@18

# 4. 一键启动
sh start.sh

注意: macOS 上 Cppcheck 可通过 brew install cppcheck 安装，CBMC 可通过 brew install cbmc 安装。缺失时自动降级到 Mock 模式。

方式三：Docker 部署

# Docker Compose 一键部署
docker compose up --build

# 或使用开发模式（支持热重载）
docker compose -f docker-compose.dev.yml up

💡 前端模拟模式开箱即用且完全离线。界面和报告始终标记为 simulated；外部工具缺失不会被解释为"零违规"或"验证通过"。

🧰 工具链安装（可选,离线模式无需安装）

start.sh 启动时会自动检测下列工具,缺失时打印安装提示。新用户首次启动会自动 pip install z3-solver。

工具	用途	Linux/macOS	Windows
z3-solver	契约形式化验证(SMT)	`pip install z3-solver`(`start.sh` 自动)	`pip install z3-solver`(`start.sh` 自动)
cbmc	C 代码有界模型检查	`apt install cbmc` / `brew install cbmc`	双击 `tools/cbmc-6.9.0-win64.msi`(管理员权限,装到 `C:\Program Files\cbmc\bin\`)
cppcheck	MISRA-C 静态扫描	`apt install cppcheck`	`choco install cppcheck` 或官方安装包
gcc	代码编译 / 覆盖率插桩	系统自带	MinGW / MSYS2

后端 z3 检测使用 import z3(Python 包);cbmc 检测优先 shutil.which,Windows 上额外检查 C:\Program Files\cbmc\bin\cbmc.exe。 cppcheck MISRA addon 在 Windows 上使用 sys.executable(venv 内 Python)而非 shutil.which("python")。

🛡️ 离线运行模式

SkyForge 支持完全离线运行，无需外部 API 或本地模型。界面和报告会标注数据来源（simulated / live），便于区分模拟与真实执行。

外部依赖	离线时的行为	实现位置
LLM (LM Studio / OpenAI / Anthropic)	关键词匹配 + 模板拼接	`src/skyforge_llm/local.py`
GCC 编译器	标记 `simulated` 或 `unavailable`，不记录真实编译通过	`src/skyforge_engine/digital_twin/virtual_mcu.py`
Cppcheck 静态扫描	模式扫描标记 `simulated`；无扫描器则 `unavailable`	`src/skyforge_engine/tools/cppcheck_scanner.py`
Z3 / CBMC 形式化验证	跳过并标记 `unavailable`	`src/skyforge_engine/tools/contract_formal_verifier.py`
Redis 任务队列	内存队列回退	`studio/app/services/redis_manager.py`

运行日志中会出现 [Mock] 标记,表示该步骤未使用外部工具。详见部署说明。

🤝 HITL 人工审查

HITL (Human-in-the-Loop) 在需求、契约和代码检查点等待人工决定。HIL 仅表示 Hardware-in-the-Loop。

配置	默认值	说明
`HIL_ENABLED` 环境变量	`false`	`start.sh` 默认禁用,避免阻塞自动化流程
`POST /api/hil/toggle`	—	兼容路径：运行时切换 HITL 启用状态（无需重启后端）
`GET /api/hil/pending`	—	兼容路径：查询待人工审查任务与 HITL 状态
Generate 页面 HITL 开关	关 / 开	"开始生成"按钮左侧的 UserCheck 图标按钮，关=灰色 / 开=琥珀色

旧 /api/hil/* 路径保留一版兼容；新产品文案和页面统一使用 HITL。

🔗 链上证据锚定 (Evidence Anchoring)

将 DO-178C 验证证据包的 SHA-256 哈希锚定到 Ethereum Sepolia 测试网，为适航追溯证据提供不可篡改的链上时间戳与可审计提交者来源。

合约: contracts/EvidenceAnchor.sol（开放写入 + 链上校验）
后端: skyforge_engine/chain/evidence_anchor.py — canonical SHA-256 哈希计算
API: POST /api/evidence/anchor-info — 返回锚定哈希与链信息（计算免费，上链需钱包签名）
前端: /anchor 页面（链上锚定）— 计算哈希 / MetaMask 上链 / 链上校验
部署: cd scripts && npm install && node deploy_anchor.mjs（需 Sepolia 测试 ETH）

# 验证锚定哈希计算
uv run pytest src/skyforge_engine/tests/test_evidence_anchor.py -q

📁 目录结构

SkyForge/
├── README.md                          ← 你正在看的文件
├── LICENSE                            ← MIT License
├── ThirdParty.md                      ← 第三方组件说明(根目录)
├── Makefile                           ← 一键命令入口(dev/test/lint/benchmark)
├── pyproject.toml                     ← Python 项目配置(uv workspace)
├── start.sh                            ← 一键启动脚本
│
├── src/                               ← 源代码(六层引擎架构)
│   ├── skyforge_engine/               ← 核心引擎(L0-L5 引擎层)
│   │   ├── core/                      ←   L5 编排层: orchestrator.py, stages/(12个阶段)
│   │   ├── agents/                    ←   L4 Agent策略层: 8+ Agent (需求/LLR/架构/契约/代码/修复等)
│   │   ├── verifiers/                 ←   L3 验证工具链层: VerifierChain + Z3/CBMC/Cppcheck/GCC
│   │   ├── adapters/                  ←   L2 仿真验证层(SIL/PIL/HIL): QEMU/串口/ARINC653/仿真引擎
│   │   ├── protocols/                 ←   L0 协议层: 抽象基类/模式守卫/Provider协议
│   │   ├── chain/                     ←   链上证据锚定: canonical SHA-256 + ABI 常量
│   │   ├── strategies/                ←   LLM策略: 离线策略/云API策略/本地策略
│   │   ├── standards/                 ←   可插拔编码标准(MISRA-C / MISRA C++ / Python)
│   │   ├── renderers/                 ←   报告渲染器
│   │   ├── coding_standards/          ←   编码标准插件(MISRA-C / JSF AV C++ / Python)
│   │   ├── tools/                     ←   工具链(Cppcheck / Z3 / CBMC / Contract)
│   │   ├── digital_twin/              ←   数字孪生(虚拟传感器/MCU/故障注入/仿真引擎)
│   │   ├── composable/                ←   组件组合验证
│   │   ├── rag/                       ←   RAG知识库(MISRA-C语义搜索)
│   │   ├── report/                    ←   DO-178C报告 + 19项合规目标
│   │   ├── scade/                     ←   SCADE G-Lustre解析器(ANTLR4)
│   │   ├── dal/                       ←   DAL目标覆盖(gcov/mcdc)
│   │   ├── streaming/                 ←   流处理: 任务流注册表
│   │   ├── schemas/                   ←   数据模型
│   │   ├── tests/                     ←   引擎单元测试
│   │   ├── pipeline.py                ←   Pipeline 编排入口
│   │   └── execution.py               ←   ExecutionProfile / ExecutionContext
│   │
│   ├── skyforge_llm/                  ← L1 LLM客户端层 ⭐ 可选剥离
│   │   ├── providers/                 ←   OpenAI / Anthropic / 本地
│   │   ├── security/                  ←   输入清洗 + 审计 + 验证
│   │   ├── client.py                  ←   统一LLM客户端
│   │   ├── router.py                  ←   多供应商路由
│   │   ├── cache.py                   ←   LLM响应缓存
│   │   ├── local.py                   ←   本地GGUF模型
│   │   └── types.py                   ←   类型定义
│   │
│   └── skyforge_core/                 ← CLI 工具 ⭐ 命令行入口
│       └── cli.py
│
├── studio/                            ← Web Studio (FastAPI + Vue 3)
│   ├── app/                           ← FastAPI 后端
│   │   ├── api/routes/                ←   API路由(兼容API + V1唯一任务协议)
│   │   ├── services/                  ←   服务层(Redis + WebSocket管理)
│   │   ├── core/                      ←   核心层(HITL / LLM / Streaming)
│   │   ├── schemas/                   ←   Pydantic数据模型
│   │   ├── rag/                       ←   MISRA-C检索
│   │   ├── tests/                     ←   FastAPI/任务协议/设置/回归测试
│   │   └── main.py                    ←   FastAPI入口
│   └── frontend/                      ← Vue 3 前端
│       ├── src/
│       │   ├── pages/                 ←   路由页面(10个页面)
│       │   │   └── dashboard/         ←     首页(/)
│   │   ├── views/                 ←   页面视图(Generate / Compose / HITLPage / RecordDetail / Records / Lab / Settings / ArchitectureView)
│   │   ├── views/ChainAnchor.vue  ←   链上证据锚定页(/anchor, MetaMask 上链)
│       │   ├── components/            ←   40+ UI组件 + shadcn-vue
│       │   ├── stores/                ←   Pinia状态(5个store)
│       │   ├── services/              ←   API 调用 / 离线模式 + 任务网关
│       │   └── utils/                 ←   工具函数 + 契约模板
│       ├── package.json
│       └── Dockerfile
│
├── docs/                              ← 文档中心
│   ├── ARCHITECTURE.md                ← 架构详解
│   ├── ROADMAP.md                     ← 项目路线图
│   ├── PLUGIN_DEVELOPMENT.md          ← 插件开发指南
│   ├── MULTI_LANGUAGE_GUIDE.md        ← 多语言支持指南
│   ├── USER_GUIDE.md                  ← 用户指南
│   ├── COMPLIANCE_MATRIX.csv          ← DO-178C 合规矩阵
│   └── compliance/                    ← DO-178C 合规文档(PSAC/SDP/SVP/SQAP/SCMP/TQP/TOR/TAS)
│
├── examples/                          ← 示例代码库(12 + 5完整案例)
├── config/                            ← 集中配置(.env/pyright)
├── docker/                            ← Docker部署
└── .github/                           ← CI/CD工作流

前端路由(11个页面)

路径	页面	文件
`/`	首页	`pages/dashboard/index.vue`
`/architecture`	六层架构	`views/ArchitectureView.vue`
`/generate`	代码生成	`views/Generate.vue`
`/records`	运行记录	`views/RunRecords.vue`
`/records/:taskId`	记录详情	`views/RecordDetail.vue`
`/lab`	能力实验室	`views/CapabilityLab.vue`
`/settings`	系统设置	`views/SystemSettings.vue`
`/compose`	组件组合验证	`views/Compose.vue`
`/misra`	MISRA规则搜索	`pages/misra/index.vue`
`/hitl`	HITL人工审查	`views/HITLPage.vue`
`/anchor`	链上证据锚定	`views/ChainAnchor.vue`

顶部导航栏(7个)

首页 (/)
六层架构 (/architecture)
代码生成 (/generate)
运行记录 (/records)
能力实验室 (/lab)
系统设置 (/settings)
链上锚定 (/anchor)

三种执行模式 Profile

Profile	模式	说明
`mock`	simulated	前端模拟,完全离线可用
`cloud`	live	云模型,后端真实运行
`local`	live/replay	本地模型,支持已验证回放

证据状态规则

统一使用四种证据状态:observed / simulated / unavailable / failed

状态	含义
`observed`	真实工具观测结果
`simulated`	离线模式结果,非真实验证
`unavailable`	工具缺失,跳过验证
`failed`	验证失败/违规

🔌 REST API 概览

端点数量以自动生成报告为准，完整接口文档见 http://localhost:8000/docs。

模块	端点数	路由文件	代表接口
健康检查 + 统计	2	`routes/common.py`	`GET /api/health` · `GET /api/stats`
V1 代码生成任务	动态统计	`routes/tasks_v1.py`	`POST /api/v1/tasks` · `WS /api/v1/tasks/{id}/events`
兼容生成 + 修复 + 仿真 + 验证	7	`routes/pipeline.py`	`POST /api/generate` · `POST /api/repair` · `POST /api/simulate`
DO-178C 报告	2	`routes/reports.py`	`POST /api/report` · `GET /api/report/download`
组件组合验证	2	`routes/composition.py`	`POST /api/compose` · `POST /api/check-compatibility`
HITL 人工审查	5	`routes/hitl.py`	`GET /api/hil/pending` · `POST /api/hil/approve` · `POST /api/hil/toggle`
模型管理 + MISRA 规则检索	9	`routes/models.py`	`GET /api/models` · `GET /api/misra/rules`
兼容 WebSocket	2	`routes/generate.py` / `routes/task_ws.py`	`/ws/agent-stream` · `/task/{task_id}`

完整 API 列表与参数说明参见部署说明。

🛡️ DO-178C 合规状态

SkyForge 提供 DO-178C 工程辅助证据，不宣称工具本身已经完成适航鉴定。合规草案详见 DO-178C 合规包。

五大核心过程覆盖

DO-178C 过程	章节	文档	状态
计划过程	§4	PSAC / SDP / SVP	⚠️ 工程草案 (8/8 文档)
开发过程	§5	HLR / LLR 层级 + 契约式设计 + MISRA-C 代码生成	⚠️ 工程辅助实现，需真实项目审查
验证过程	§6	Cppcheck + 契约校验 + 数字孪生 + V3.3 覆盖分析器	⚠️ 部分满足；真实覆盖率依赖 GCC/lcov
配置管理	§7	SCMP + Git + PR 系统 + 基线管理	⚠️ 需真实隔离分支 PR/review
质量保证	§8	SQAP + CI 自动检查 (Ruff/Biome/Pyright)	⚠️ 需独立人工/CI provenance

DAL 等级目标覆盖

DO-178C 共 19 项可判定目标(OBJ-1 ~ OBJ-19),涵盖问题报告、配置标识、追溯矩阵、语句 / 判定 / MC/DC 覆盖、HLR/LLR 追溯、独立验证、正式 PR、工具鉴定等。代码实现见 src/skyforge_engine/report/do178_objectives.py。

DAL	等级含义	目标满足率	关键要求	实现位置
A	灾难性	部分满足	MC/DC 必须	需真实 GCC/lcov + 独立审查 + PR 证据
B	危险	部分满足	判定覆盖必须	需真实覆盖率与独立审查
C	重大	部分满足	语句覆盖必须	需真实语句覆盖率证据
D	轻微	工程辅助覆盖	基础验证	仍需项目级审查

目标状态以 do178_objectives.py 和证据包中的真实字段为准；模拟数据、静态估算、HIL 禁用/超时、main 直合 PR 不计入满足。完整合规矩阵详见 COMPLIANCE_MATRIX.csv (19 OBJ × 5 DAL)。

工具鉴定(TQL)

工具	TQL 级别	状态	文档
Agent Pipeline	TQL-1	✅ 草案完成	TQP
LLM 推理引擎	TQL-1	✅ 草案完成	TOR
Contract Checker	TQL-2	✅ 草案完成	TAS
工具链验证	—	✅ 已实施	`tool_chain_validator.py`
Cppcheck / GCC	TQL-3 / TQL-1	可引用已有	工业标准工具

# 运行 DO-178C 合规检查
make do178c-check

📚 文档导航

文档	路径	用途
用户指南	docs/USER_GUIDE.md	功能模块详解、部署说明与操作指南
架构详解	docs/ARCHITECTURE.md	六层架构设计深度剖析
项目路线图	docs/ROADMAP.md	后续规划
插件开发	docs/PLUGIN_DEVELOPMENT.md	二次开发扩展指南(含编码标准插件)
多语言支持	docs/MULTI_LANGUAGE_GUIDE.md	C/C++/Python 多语言支持指南
合规矩阵	docs/COMPLIANCE_MATRIX.csv	19 OBJ × 5 DAL 合规矩阵

📦 第三方组件

Python 后端: FastAPI · Pydantic · Redis · PyYAML · Z3 Solver · psutil · httpx · loguru · click · numpy · uvicorn · websockets

Frontend: Vue 3 · Vite · Pinia · Vue Router · shadcn-vue · Tailwind CSS · Radix Vue · Vitest · Biome

外部工具(可选,缺失时自动切换到离线模式): Cppcheck · GCC · CBMC · LM Studio

完整第三方组件清单(含许可证信息):

📄 许可证

本项目采用 MIT License 开源协议。

💬 联系与反馈

渠道	地址
GitHub 仓库	github.com/linskadi/SkyForge
项目路线图	docs/ROADMAP.md

🎯 项目创新点

六层引擎架构 — 从基础设施协议到编排层，每层职责清晰、可独立部署替换
多 Agent 协同架构 — 8+ Agent 闭环,从需求到修复全自动
DO-178C 工程辅助 — 生成工程报告与需求追溯矩阵，提供 19 项可判定目标检查，不替代适航审定
MISRA-C 智能修复 — Cppcheck 扫描 + Agent 智能修复 + 契约校验闭环(57 条自动修复规则)
可插拔编码标准 — Registry 插件化架构,支持 MISRA-C / MISRA C++ / Python 安全标准动态注册
形式化验证 — Z3 SMT 求解 + CBMC 模型检测双引擎,VerifierChain 可插拔验证链
数字孪生仿真 — 虚拟传感器 / MCU + 5 类故障注入测试(bias / signal_loss / noise / stuck / step)
HITL 人工审查 — Redis-based 关键检查点人工审批工作流，默认禁用，可通过 UI 或兼容 API 开启；HIL 仅指真实硬件在环
SCADE 集成 — ANTLR4 解析 G-Lustre 模型自动转需求与契约
Pipeline 编排系统 — PipelineOrchestrator 支持串行执行、并行组、失败策略、产物传递，12 个 Stage 全流程调度

SkyForge — Forging the Future of Aviation Software, One Agent at a Time. 🛩️

Navigation Menu

Repository files navigation

SkyForge (天锻)

📊 当前可复现状态 (2026-08-07)

DAL-A 未完全达标项（如实说明）

🏗️ 架构概览

🚀 快速开始(3 步走)

方式一：一键部署（推荐）

方式二：手动部署

macOS 特别说明

方式三：Docker 部署

🧰 工具链安装（可选,离线模式无需安装）

🛡️ 离线运行模式

🤝 HITL 人工审查

🔗 链上证据锚定 (Evidence Anchoring)

📁 目录结构

前端路由(11个页面)

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